基于saw传感器的检测装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种能够实现对生物检测液密封且密封方式成本低、简单有效的基于SAW传感器的检测装置。该检测装置包括底板、基体、SAW晶片，所述底板上设置有检测电路；所述基体固定在底板上，所述基体与底板相接触的表面设置有晶片槽以及多个导线槽，所述SAW晶片设置在晶片槽内且固定在底板上，所述晶片槽的槽底设置有环形槽，所述环形槽内设置有密封圈，所述密封圈与SAW的感应薄膜、晶片槽的槽底共同围成一个密闭的检测空间，所述环形槽的中部开有引流孔。该检测装置使得生物检测液不会泄漏，同时可以保证检测结果更加准确，而且由于引流孔的存在，可以很容易的使生物检测液流入检测空间内。适合在检测设备【技术领域】推广应用。
【专利说明】基于SAW传感器的检测装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及检测设备【技术领域】，尤其是涉及一种基于SAW传感器的检测装置。
【背景技术】
[0002]SAff是英国科学家Rayleigh在19世纪80年代研究地震波的过程中发现，但当时技术受限，SAW未得到实际应用；1965年美国科学家White、Voltmer发明能在压电晶体材料表面上激励表面波的金属叉指换能器、并有效的检测到声表面波信号，使SAW广泛应用。
[0003]SAW属于压电型传感器，以压电材料为基底、利用压电效应、通过叉指换能器实现电信号和声信号相互转换，具有结构简单、体积小、成本低、响应时间短、灵敏度高、可靠性好等优点，应用于分析化学、环境监测以及现场气体检测等方面。
[0004]SAW传感器按结构分为延迟线型和谐振器型传感器。谐振器型体积小、品质因素值高、频率特性好、回波损耗较小，但敏感面积比较小，常用于物理传感器；延迟线结构具有比较长的声波传输途径，可获得很大的敏感面积，同时设计简单、对声表面波器件工艺精度要求低，但频率特性没有谐振器好。
[0005]延迟线型SAW传感器晶片结构包括电极、压电基底、感应薄膜、输入叉指换能器、输出叉指换能器五个部分。激励信号作用于输入叉指换能器、通过逆压电效应转换为声表面波信号，声表面波信号经压电基底传播到达输出叉指换能器、通过正压电效应转换为电信号。SAW器件感应薄膜暴露于某种环境下，由于环境如湿度、温度、压力、质量、粘度、密度等的变化，导致声表面波波速发生变化，从而引起输入输出信号频率、相位、振幅产生差异，根据输入、输出信号差异即可传感信息。
[0006]现有的基于SAW传感器的检测装置体形庞大、制造成本高、检测效率低，无法满足实时检测需求，而且现有的基于SAW传感器的检测装置对液体无密封或采取塑料固化密封方式，无密封使得检测液体泄漏、同时检测结果不准，塑料固化密封形成永久密封，装置难于拆卸。另外，现有的基于SAW传感器的检测装置采用导线、电极片、电极针连接检测线路，线路布局繁琐、加工成本高。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是提供一种能够实现对生物检测液密封且密封方式成本低、简单有效的基于SAW传感器的检测装置。
[0008]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是:该基于SAW传感器的检测装置，包括底板、基体、SAff晶片，所述底板上设置有检测电路；所述SAW晶片包括压电基底、感应薄膜、输入叉指电极、输出叉指电极，所述感应薄膜、输入叉指电极、输出叉指电极均设置在压电基底的同一表面，所述输入叉指电极、输出叉指电极分别设置在感应薄膜的两侧，所述输入叉指电极上连接有用于接入外部信号的输入电极，所述输入电极与检测电路相连，所述输出叉指电极上连接有用于输出信号的输出电极，所述输出电极与检测电路相连；所述基体固定在底板上，所述基体与底板相接触的表面设置有晶片槽以及多个导线槽，所述SAW晶片设置在晶片槽内且固定在底板上，所述多个导线槽分别设置在晶片槽的两侧，所述晶片槽的槽底设置有环形槽，所述环形槽内设置有密封圈，所述SAW晶片的感应薄膜朝向晶片槽的槽底并且所述密封圈与SAW的感应薄膜、晶片槽的槽底共同围成一个密闭的检测空间，所述环形槽的中部开有引流孔，所述检测空间通过引流孔与外界连通。
[0009]进一步的是，所述底板采用PCB板制作而成。
[0010]进一步的是，所述检测电路包括信号接入端、信号输出端、第一连接电极、第二连接电极，所述信号接入端与第一连接电极相连，所述信号输出端与第二连接电极相连，所述信号接入端与第一连接电极之间、信号输出端与第二连接电极之间均设置有匹配电阻，所述输入电极与第一连接电极相连，所述输出电极与第二连接电极相连。
[0011 ] 进一步的是,所述感应薄膜的表面积大于密封圈的圈内面积。
[0012]进一步的是，所述底板与基体通过螺栓固定。
[0013]进一步的是，所述螺栓采用内六角圆头螺栓并且内六角圆头螺栓采用尼龙材料制作而成。
[0014]进一步的是，所述基体采用聚甲基丙烯酸甲酯材料制作而成。
[0015]进一步的是，所述压电基底采用S-T石英制作而成。
[0016]进一步的是，所述感应薄膜、输入叉指电极、输出叉指电极、输入电极、输出电极均米用Au材料制作而成。
[0017]进一步的是，所述密封圈采用硅胶材料制作而成。
[0018]本发明的有益效果是:通过在晶片槽的槽底设置环形槽，环形槽内设置密封圈，SAff晶片的感应薄膜朝向晶片槽的槽底并且所述密封圈与SAW的感应薄膜、晶片槽的槽底共同围成一个密闭的检测空间，环形槽的中部开有引流孔，所述检测空间通过引流孔与外界连通，在对生物检测液进行检测时，生物检测液通过引流孔流入检测空间内，由于检测空间是密闭的，使得生物检测液不会泄漏，同时可以保证检测结果更加准确，而且由于引流孔的存在，可以很容易的使生物检测液流入检测空间内，无需进行任何拆除工作，使用非常方便，另外，检测空间的密封采用密封圈受压产生，密封方式简单有效、成本低，再者SAW晶片放置在晶片槽内，可以有效防止SAW晶片在振动过程中发生位移。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明所述的基于SAW传感器的检测装置的三维结构示意图；
[0020]图2为本发明所述的基于SAW传感器的检测装置的横截面示意图；
[0021]图3为本发明所述的SAW晶片结构示意图；
[0022]图4为本发明基于SAW传感器的检测装置的Sll传输特性图；
[0023]图5为本发明基于SAW传感器的检测装置的S12传输特性图；
[0024]图6为本发明基于SAW传感器的检测装置的S12延时特性图；
[0025]图7为本发明基于SAW传感器的检测装置的阻抗史密斯图；
[0026]图8为本发明基于SAW传感器的检测装置实际期间测试的理论与实际参数对照图；
[0027]附图标记说明:底板1、基体2、SAff晶片3、压电基底301、感应薄膜302、输入叉指电极303、输出叉指电极304、输入电极305、输出电极306、晶片槽4、导线槽5、环形槽6、密封圈7、引流孔8、螺栓9。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的说明。
[0029]如图1、2、3所示，该基于SAW传感器的检测装置，包括底板1、基体2、SAff晶片3，所述底板I上设置有检测电路；所述SAW晶片3包括压电基底301、感应薄膜302、输入叉指电极303、输出叉指电极304，所述感应薄膜302、输入叉指电极303、输出叉指电极304均设置在压电基底301的同一表面，所述输入叉指电极303、输出叉指电极304分别设置在感应薄膜302的两侧，所述输入叉指电极303上连接有用于接入外部信号的输入电极305，所述输入电极305与检测电路相连，所述输出叉指电极304上连接有用于输出信号的输出电极306，所述输出电极306与检测电路相连；所述基体2固定在底板I上，所述基体2与底板I相接触的表面设置有晶片槽4以及多个导线槽5，所述SAW晶片3设置在晶片槽4内且固定在底板I上，所述多个导线槽5分别设置在晶片槽4的两侧，所述晶片槽4的槽底设置有环形槽6，所述环形槽6内设置有密封圈7，所述SAW晶片3的感应薄膜302朝向晶片槽4的槽底并且所述密封圈7与SAW的感应薄膜302、晶片槽4的槽底共同围成一个密闭的检测空间，所述环形槽6的中部开有引流孔8，所述检测空间通过引流孔8与外界连通。通过在晶片槽4的槽底设置环形槽6，环形槽6内设置密封圈7，SAff晶片3的感应薄膜302朝向晶片槽4的槽底并且所述密封圈7与SAW的感应薄膜302、晶片槽4的槽底共同围成一个密闭的检测空间，环形槽6的中部开有引流孔8，所述检测空间通过引流孔8与外界连通，在对生物检测液进行检测时，生物检测液通过引流孔8流入检测空间内，由于检测空间是密闭的，使得生物检测液不会泄漏，同时可以保证检测结果更加准确，而且由于引流孔8的存在，可以很容易的使生物检测液流入检测空间内，无需进行任何拆除工作，使用非常方便，另外，检测空间的密封采用密封圈7受压产生，密封方式简单有效、成本低，再者SAW晶片3放置在晶片槽4内，可以有效防止SAW晶片3在振动过程中发生位移。
[0030]为了保证能对生物检测液定性、定量检测，该基于SAW传感器的检测装置为一次性使用、成本低。
[0031]为了简化底板I上设置的检测电路布局，降低加工成本高。本发明底板I优选采用PCB板制作而成，这样检测电路可以印制在PCB板上，实现无线布局，PCB板体积小、质量轻、利于机械化生产，可以减小检测装置的整体体积、降低加工成本，选用PCB板作为底板1，其电路具有高集成化、高可靠性、可生产性强等优点。
[0032]为了在保证检测电路的检测准确性的前提下，尽可能的简化检测电路的结构，所述检测电路包括信号接入端、信号输出端、第一连接电极、第二连接电极，所述信号接入端与第一连接电极相连，所述信号输出端与第二连接电极相连，所述信号接入端与第一连接电极之间、信号输出端与第二连接电极之间均设置有匹配电阻，所述输入电极305与第一连接电极相连，所述输出电极306与第二连接电极相连。这种结构的检测电路结构简单，力口工方便，可以大大降低加工成本。输入电极305与第一连接电极相连,输出电极306与第二连接电极相连，使得SAW晶片3连入检测电路，信号接入端、信号输出端方便外部谐振频率测量仪的连入，匹配电阻可以减少传输线上的反射波、实现能量的最大传输。
[0033]为了保证检测的准确性，要保证生物检测也与感应薄膜302全接触，因此，所述感应薄膜302的表面积应大于密封圈7的圈内面积。
[0034]为了进一步避免SAW晶片3在振动过程中发生位移，所述底板I与基体2通过螺栓9固定。
[0035]所述螺栓9采用内六角圆头螺栓9并且内六角圆头螺栓9采用尼龙材料制作而成。内六角圆头螺栓9在检测装置中，除了连接底板I与基体2起到紧固作用外，同时起到平衡、支撑装置的作用。螺栓9的材质为尼龙塑料，拥有良好的电绝缘性、耐磨损、耐候性等优点。
[0036]所述基体2采用聚甲基丙烯酸甲酯材料制作而成，聚甲基丙烯酸甲酯PMMA具有高透明度，便于观察检测过程，PMMA是目前最优良的高分子透光材料，达到92% ;其次，聚甲基丙烯酸甲酯PMMA具有耐化学试剂、耐溶剂性，可以避免基体2与生物检测液发生化学反应；再者，聚甲基丙烯酸甲酯PMMA具有可耐碱类，可耐盐类和油脂类，耐脂肪烃类，不溶于水、甲醇、甘油等，可以避免基体2与生物检测液发生侵蚀反应；另外，聚甲基丙烯酸甲酯PMMA具有耐大气老化性，其使用寿命较长，PMMA有优异的耐大气老化性，经自然老化试验测试，透光率略有下降、色泽略有泛黄，其它物理性能几乎未变化，最后，聚甲基丙烯酸甲酯PMMA具有易加工性一有机玻璃通过车床切削、钻床钻孔加工，也能能用丙酮、氯仿等粘结成型，同时也能用吹塑、注射、挤出等塑料成型的方法加工
[0037]为了使SAW晶片3具有较好的检测效果，所述压电基底301采用S-T石英制作而成，所述感应薄膜302、输入叉指电极303、输出叉指电极304、输入电极305、输出电极306均采用Au材料制作而成。
[0038]进一步的是，所述密封圈7采用硅胶材料制作而成。密封圈7的作用为防止因生物检测液侵入电极、线路而造成的短路，硅胶材质，密封性能极好，能有效的防止漏液；硅胶完全无毒无味、同时在高温不产生有害物质，可保证对检测不产生任何影响。
[0039]图4为本发明基于SAW传感器的检测装置的Sll传输特性，图5为本发明基于SAW传感器的检测装置的S12传输特性，图6为本发明基于SAW传感器的检测装置的S12延时特性，图7为本发明基于SAW传感器的检测装置的阻抗史密斯图，根据图4、5、6、7可以得出:该基于SAW传感器的检测装置谐振频率为78.600000MHz，传输延迟时间为2.5 μ s，基于SAW传感器的检测装置等效阻抗为46.802-j*22.123 Ω。
[0040]图8为本发明基于SAW传感器的检测装置实际期间测试的理论与实际参数对照，从图中可以看出基于SAW传感器的检测装置谐振频率为78.600000MHz，其理论值为78.950000MHz，质量效应由ST-石英基底上部的Au电极引起，可知基于SAW传感器的检测装置具有优异的传输特性，其传输延时为2.5 μ S，对器件实际应用的影响可忽略不计；其阻抗为46.802-j*22.123 Ω，与理论值50 Ω相近，保证了测试系统的能量能够最大化的施加于传感器上，从而进一步提高检测装置的灵敏度。根据质量效应可以得出，本发明基于SAW传感器的检测装置的灵敏度可以到达10_12g，本检测装置的误差影响极小，可忽略不计。
【权利要求】
1.基于SAW传感器的检测装置，其特征在于:包括底板(I)、基体(2)、SAW晶片(3)，所述底板⑴上设置有检测电路；所述SAW晶片(3)包括压电基底(301)、感应薄膜(302)、输入叉指电极(303)、输出叉指电极(304)，所述感应薄膜(302)、输入叉指电极(303)、输出叉指电极(304)均设置在压电基底(301)的同一表面，所述输入叉指电极(303)、输出叉指电极(304)分别设置在感应薄膜(302)的两侧，所述输入叉指电极(303)上连接有用于接入外部信号的输入电极(305)，所述输入电极(305)与检测电路相连，所述输出叉指电极(304)上连接有用于输出信号的输出电极(306)，所述输出电极(306)与检测电路相连；所述基体(2)固定在底板(I)上，所述基体(2)与底板(I)相接触的表面设置有晶片槽(4)以及多个导线槽(5)，所述SAW晶片(3)设置在晶片槽⑷内且固定在底板⑴上，所述多个导线槽(5)分别设置在晶片槽(4)的两侧，所述晶片槽(4)的槽底设置有环形槽￠)，所述环形槽(6)内设置有密封圈(7)，所述SAW晶片(3)的感应薄膜(302)朝向晶片槽(4)的槽底并且所述密封圈(7)与SAW的感应薄膜(302)、晶片槽(4)的槽底共同围成一个密闭的检测空间，所述环形槽(6)的中部开有引流孔(8)，所述检测空间通过引流孔(8)与外界连通。
2.如权利要求1所述的基于SAW传感器的检测装置，其特征在于:所述底板(I)采用PCB板制作而成。
3.如权利要求2所述的基于SAW传感器的检测装置，其特征在于:所述检测电路包括信号接入端、信号输出端、第一连接电极、第二连接电极，所述信号接入端与第一连接电极相连，所述信号输出端与第二连接电极相连，所述信号接入端与第一连接电极之间、信号输出端与第二连接电极之间均设置有匹配电阻，所述输入电极(305)与第一连接电极相连，所述输出电极(306)与第二连接电极相连。
4.如权利要求1所述的基于SAW传感器的检测装置，其特征在于:所述感应薄膜(302)的表面积大于密封圈(7)的圈内面积。
5.如权利要求1所述的基于SAW传感器的检测装置，其特征在于:所述底板(I)与基体⑵通过螺栓(9)固定。
6.如权利要求5所述的基于SAW传感器的检测装置，其特征在于:所述螺栓(9)采用内六角圆头螺栓(9)并且内六角圆头螺栓(9)采用尼龙材料制作而成。
7.如权利要求1所述的基于SAW传感器的检测装置，其特征在于:所述基体(2)采用聚甲基丙烯酸甲酯材料制作而成。
8.如权利要求1所述的基于SAW传感器的检测装置，其特征在于:所述压电基底(301)米用S-T石英制作而成。
9.如权利要求1所述的基于SAW传感器的检测装置，其特征在于:所述感应薄膜(302)、输入叉指电极(303)、输出叉指电极(304)、输入电极(305)、输出电极(306)均采用Au材料制作而成。
10.如权利要求1所述的基于SAW传感器的检测装置，其特征在于:所述密封圈(7)采用娃胶材料制作而成。
【文档编号】G01N29/036GK104330470SQ201410522221
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】永远, 谢小川, 韩奎, 吴桐, 陈巧莹, 芈倩, 唐媛恬 申请人:成都柏森松传感技术有限公司